JP2778431B2 - 誘導加熱コイル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶成長装置
の加熱装置として用いられる誘導加熱コイルに関する。
さらに詳しくは、ＦＺ法（フロートゾーン法又は浮遊帯
域溶融法）により、不純物を均一に取り込ませながら半
導体単結晶を成長させる装置に用いられる誘導加熱コイ
ルに関する。

【０００２】

【発明の背景技術】ＦＺ法により半導体単結晶を成長す
るのに用いられる装置は、原料棒を保持する上軸と、直
径の小さい単結晶半導体からなる種結晶を保持する下軸
と、前記原料棒を加熱溶融するように配置した加熱装置
とを有する。

【０００３】上記の装置を用いて結晶成長を行う場合
は、原料棒の一端を加熱装置により溶融して種結晶に融
着した後、種絞りしつつ無転位化しながら一体化し、原
料棒を加熱装置に対して相対的に回転させながら軸線方
向に相対移動させ、前記溶融部を前記融着部から原料棒
の他端に向けて徐々に移動させることにより単結晶化し
て棒状の半導体単結晶を得る。

【０００４】上記のような成長装置においては、原料棒
を狭小域において短時間に芯まで溶融させる必要があ
り、これを満たす加熱装置としては、例えば単巻の扁平
な誘導加熱コイルを用いたものが公知の技術として既に
知られている（特公昭５１−２４９６４号他）。

【０００５】この誘導加熱コイル１は、図３に示すよう
に、中空導体をリング状に巻回して両端部を空隙３を介
して極力接近させた構成であり、内周２側は断面先細状
に形成され、外周上の空隙３を挟む２点で一組の給電端
子４と接続されている。このような構成により、誘導加
熱コイル１の周方向における電流経路の対称性がほぼ維
持される。そして、給電端子４を介して高周波電流を流
すことによって磁界が発生し、内周２で囲まれる領域内
にほぼ均一な磁界分布が得られるようになっている。こ
の内周２で囲まれた領域内に原料棒を配置することによ
って原料棒は加熱溶融される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の誘
導加熱コイル１では、空隙３が誘導加熱コイル１の外周
の接線と直交する面上に沿って形成されているため、そ
の部分で不均一磁界が発生するのを避けられなかった。

【０００７】すなわち、図４に示すように、給電端子４
から供給された高周波電流１０は、空隙３に沿って誘導
加熱コイル１の直径方向に向って流れるが、空隙３から
離れるに従って空隙３と直角に近い方向へ流れる（図４
（ａ））。しかも、この空隙３付近では空隙３に沿って
相互に逆方向の高周波電流１０が近接して流れるので、
この部分の磁界が極めて強くなる。このため、空隙３の
特に外周側近傍における加熱能力は、他の位置に比べて
強くなる。

【０００８】上記のように誘導加熱コイルの加熱能力が
不均一になると、成長する単結晶の品質に大きな影響を
与える。例えば、不均一磁界を有した状態で原料棒と誘
導加熱コイル１との間で相対回転／移動を行うと、不均
一磁界から形成される局部的な加熱能力の差異により、
単結晶が１回転する間に不純物濃度の高い層と低い層と
が繰返し形成される（これを「脈動」と言う。）。

【０００９】すなわち、温度が高い部分では不純物濃度
が低くなり、温度が低い部分では不純物濃度が高くな
る。このような脈動を有する単結晶をスライスして得た
半導体ウエーハを用いてデバイスを製造した場合、脈動
部分でミクロな抵抗変動が生じ、製品特性のバラツキの
原因となる。

【００１０】上記のような加熱能力の不均一さを改善す
るために、誘導加熱コイルの外周側又は内周側からコイ
ル幅の途中まで半径方向に延びた複数個の空隙を形成し
た誘導加熱コイルも提案されているが（特開昭５２−３
０７０５号）、複数の空隙を設けたために、誘導加熱コ
イル全体としての加熱能力が却って低下してしまうとい
う新たな問題が生じる。

【００１１】そこで本発明は、加熱能力分布が成長軸に
対して軸対称に近く、脈動が抑えられた半導体単結晶を
成長することができる誘導加熱コイルを提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる技術的課
題を達成するために、中空導体を扁平なリング状に巻回
し、その両端を空隙を介して近接させてなる浮遊帯域溶
融法に用いられる誘導加熱コイルにおいて、該誘導加熱
コイルの前記空隙を隔てたいずれかの側端部と狭小領域
で接続され且つ該狭小領域以外の部分は該誘導加熱コイ
ルと電気的に絶縁された導電性の金属板を、該誘導加熱
コイルの一主面側で前記空隙の一部又は全体を覆うよう
に設けた。

【００１３】前記金属板は、前記誘導加熱コイルの前記
空隙近傍に設けられた凹部内に前記狭小領域以外の部分
が前記誘導加熱コイルと接触しないように配置され、且
つ前記金属板の外方面と該誘導加熱コイルの前記一主面
とが同一平面上にあるのが好ましい。

【００１４】また、前記金属板は、前記誘導加熱コイル
と同一部材からなるのが好ましい。

【００１５】

【作用】前述したように、従来の誘導加熱コイルでは空
隙付近の加熱能力が高く、他の部分は相対的に加熱能力
が低い。従って、空隙に近い部分の溶融帯温度と空隙か
ら遠い部分の溶融帯温度とで不均一が生じ、溶融帯の温
度分布が成長軸に対して軸対称にならず、脈動の原因と
なる。

【００１６】そこで本発明では、加熱能力分布が成長軸
に対して軸対称になるように、誘導加熱コイルの空隙の
一部又は全体を覆うように導電性の金属板を設けるとと
もに、狭小領域でのみ誘導加熱コイルと接続し、それ以
外の部分は絶縁されるようにした。この金属板によって
前記空隙近傍の不均一な高周波磁界が遮断されるので、
加熱能力が前記空隙近傍で強くなり過ぎず、溶融帯が不
均一に加熱されることを防ぐことができ、脈動が抑えら
れた半導体単結晶を成長することができる。

【００１７】一方、前記金属板は前記狭小領域において
誘導加熱コイルの本体と電気的に接続されているので、
該金属板の表面には微弱な電流が流れて磁界が生じ、前
記空隙付近の前記金属板側の加熱能力が低下し過ぎるの
を防ぐことができる。ここで、前記空隙の前記金属板側
において遮断される不均一磁界の割合と前記金属板に流
れる微弱な電流により発生する磁界の割合は、金属板の
形状、大きさ等によって調節することができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を例示的に説明する。但し、この実施例に記載されてい
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特
に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

【００１９】図１は、半導体単結晶成長装置に使用され
る本発明の実施例に係わる誘導加熱コイルの平面図及び
断面図を示す。本実施例の誘導加熱コイル１の基本構成
は、図３に示した従来例の誘導加熱コイル１と同じであ
る。従って、図１において図３と同一又は相当部分につ
いては、同一符合を付してその説明を省略する。

【００２０】本実施例の誘導加熱コイル１では、一方の
主面５側の空隙３近傍に凹部６が形成され、その凹部６
内に、誘導加熱コイル１本体と同材質の導電性の金属板
７が誘導加熱コイル１本体と接触しないように約２ｍｍ
隔てて配置され、且つ狭小領域の接続部８で誘導加熱コ
イル１本体の空隙３を隔てた片側と接続されている。な
お、本実施例では、加熱能力の均一性を担保するために
金属板７の外方面９は誘導加熱コイル１の主面５と同一
平面上に揃えてある。

【００２１】図２は、本実施例の誘導加熱コイル１にお
ける高周波電流１０の経路を示す。本実施例の誘導加熱
コイル１においても、従来の誘導加熱コイルと同様に、
給電端子４から供給された高周波電流１０は空隙３に沿
って誘導加熱コイル１の直径方向に向って流れるが、空
隙３から離れるに従って空隙３と直角に近い方向へ流れ
る。また、この空隙３付近では高周波電流１０が空隙３
に沿って相互に逆方向に近接して流れている。

【００２２】しかし、本実施例の誘導加熱コイル１で
は、空隙３の一部又は全体を覆うように導電性の金属板
７が設けてあり、しかも、狭小領域の接続部８でのみ誘
導加熱コイル１と電気的に接続され、それ以外の部分で
は絶縁されているので、空隙３付近の不均一な高周波磁
界は金属板７によって遮断される。

【００２３】一方、金属板７は狭小領域の接続部８にお
いて誘導加熱コイル１の本体と電気的に接続されている
ので、金属板７の表面には微弱電流１１が流れる（図２
（ｂ））。従って、この微弱電流１１により微弱な磁界
が生じ、前記空隙３付近の前記金属板７側の加熱能力が
低下し過ぎるのを防いでいる。

【００２４】上記誘導加熱コイル１は、金属板７が設け
られた主面５を下面にして半導体単結晶成長装置に配置
され、半導体原料棒を加熱溶融して、誘導加熱コイル１
の特に単結晶側の溶融帯の温度分布が均一になるように
加熱する。

【００２５】次に、本実施例の誘導加熱コイル１に金属
板７が設けられた主面５側の加熱能力分布を、図５に示
す加熱能力測定治具２０を用いて測定した。この加熱能
力測定治具２０は、ステンレス等からなる回転対称形で
上面が山形の被加熱体２１を有し、誘導加熱コイル１と
同軸且つ近接対峙する下方位置に配置される。この被加
熱体２１には複数個の熱電対２２が埋込み配置され、そ
の先端部は被加熱体２１の上面で同一線上に等間隔で溶
接されている。

【００２６】図６は、上記加熱能力測定治具２０を用い
て本実施例及び従来の誘導加熱コイル１の主面５側の矢
印Ｘに沿った加熱能力分布を測定した結果を示す。この
場合、空隙３の位置を０°とし、内周２に沿って反時計
回りを負の角度、時計回りを正の角度と規定している。

【００２７】図６中、白丸は本実施例の誘導加熱コイル
の加熱能力分布を示し、黒丸は従来の誘導加熱コイルの
加熱能力分布を示す。図６から判るように、従来の誘導
加熱コイルの周方向の加熱能力分布は、０°の位置すな
わち空隙３近傍で温度が高くなっているのに対し、本実
施例ではそのような傾向がなく、場所に依存せず均一な
加熱能力分布となった。

【００２８】図７は、本実施例の誘導加熱コイルを用い
て成長させたシリコン単結晶の半径方向の抵抗分布を示
し、図８は従来の誘導加熱コイルを用いて成長させたシ
リコン単結晶の半径方向の抵抗分布を示す。

【００２９】図７及び図８から判るように、従来の誘導
加熱コイルを用いた場合にはミクロな抵抗分布のバラツ
キが大きいのに対し、本実施例の誘導加熱コイルを用い
た場合には相対的にミクロな抵抗分布の均一なシリコン
単結晶が得られる。このように、本実施例の誘導加熱コ
イルを用いると、脈動が抑えられた均一な抵抗分布のシ
リコン単結晶を成長することができる。

【００３０】以上説明した通り、本発明によれば、加熱
能力分布の均一な誘導加熱コイルが得られるので、これ
を用いることにより脈動が抑えられた半導体単結晶を成
長することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による誘導加熱コイル１を示
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’
断面図である。

【図２】本発明の実施例による誘導加熱コイル１の高周
波電流の経路を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
におけるＡ−Ａ’断面図である。

【図３】従来の誘導加熱コイル１を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。

【図４】従来の誘導加熱コイル１の高周波電流の経路を
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−
Ａ’断面図である。

【図５】加熱能力測定治具２０を用いて誘導加熱コイル
１の加熱能力分布を測定する方法を示す説明図である。

【図６】本発明の実施例による誘導加熱コイル及び従来
の誘導加熱コイルの周方向の加熱能力分布を示す図であ
る。

【図７】本発明の実施例による誘導加熱コイルを用いて
成長させた半導体単結晶中の半径方向の拡がり抵抗分布
を示す図である。

【図８】従来の誘導加熱コイルを用いて成長させた半導
体単結晶中の半径方向の拡がり抵抗分布を示す図であ
る。

【符合の説明】

１ 誘導加熱コイル ２ 内周 ３ 空隙 ４ 給電端子 ５ 主面 ６ 凹部 ７ 金属板 ８ 接続部 ９ 外方面 １０ 高周波電流 １１ 微弱電流 ２０ 加熱能力測定治具 ２１ 被加熱体 ２２ 熱電対

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空導体を扁平なリング状に巻回し、そ
   の両端を空隙を介して近接させてなる浮遊帯域溶融法に
   用いられる誘導加熱コイルにおいて、該誘導加熱コイル
   の前記空隙を隔てたいずれかの側端部と狭小領域で接続
   され且つ該狭小領域以外の部分は該誘導加熱コイルと電
   気的に絶縁された導電性の金属板を、該誘導加熱コイル
   の一主面側で前記空隙の一部又は全体を覆うように設け
   たことを特徴とする誘導加熱コイル。
2. 【請求項２】 前記金属板は、前記誘導加熱コイルの前
   記空隙近傍に設けられた凹部内に前記狭小領域以外の部
   分が前記誘導加熱コイルと接触しないように配置され、
   且つ前記金属板の外方面と該誘導加熱コイルの前記一主
   面とが同一平面上にある請求項１記載の誘導加熱コイ
   ル。
3. 【請求項３】 前記金属板は、前記誘導加熱コイルと同
   一部材からなる請求項１又は請求項２記載の誘導加熱コ
   イル。